一种面向过饱和控制的城市疏散干路网络提取方法技术

本发明专利技术公开一种面向过饱和控制的城市疏散干路网络提取方法，与已有常规网络干路经验提取法的单一定性分析相比，优势在于能够结合定性分析与定量计算两种手段，为城市疏散干路网络的提取提供一种既具有可操作性又具有理论支撑的方法。本方法首先通过基础建设资料查阅、实地调查等手段获取城市基础道路网络结构以及基础交通特征属性，包括对道路路段及交叉口进行统一编号；其次，根据既定的城市应急疏散预案，确定应急疏散的起点终点以及起终点间的疏散需求；最后，定义城市疏散网络过饱和度并以该项指标最低为目标，以网络道路总里程为控制参数，提取城市疏散干路网络。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开，与已有常规网络干路经验提取法的单一定性分析相比，优势在于能够结合定性分析与定量计算两种手段，为城市疏散干路网络的提取提供一种既具有可操作性又具有理论支撑的方法。本方法首先通过基础建设资料查阅、实地调查等手段获取城市基础道路网络结构以及基础交通特征属性，包括对道路路段及交叉口进行统一编号；其次，根据既定的城市应急疏散预案，确定应急疏散的起点终点以及起终点间的疏散需求；最后，定义城市疏散网络过饱和度并以该项指标最低为目标，以网络道路总里程为控制参数，提取城市疏散干路网络。【专利说明】
本专利技术涉及一种交通干路网络提取方法，尤其涉及一种在应急疏散情况下城市疏 散干路网络提取方法。
技术介绍
城市应急疏散事件（火灾、化工有毒物质泄漏、恐怖袭击等）会致使灾害影响区内 群众采取疏散规避行为。大量的疏散者会通过等级较高的路段进行疏散撤离，以期安全、高 效、快速的驶离危险区域。短时间内爆发大量的疏散需求会导致城市交通运行状态恶化，甚 至瘫痪，因此对城市疏散干路进行合理的交通组织与疏导可以有效提高应急事件的疏散效 率，降低人员伤亡与财产损失。然而，现阶段对城市应急疏散干路网络的提取一般根据交通 管理者的经验进行判定，缺乏相关的定量计算与分析，使得提取得到的干路网络科学性与 合理性受到一定的影响。 城市应急交通事件多数表现为大型事件疏散，短时突增疏散需求一般远超出城市 路网的设计承载能力，不仅难以通过交通信号控制的方法来同时提高干路支路的通行能 力，还会因这种非常规状态带来信号控制机的失效而加剧路网承载能力的降低，需要通过 组织一批干路进行集中疏散，减少对交通管理资源的浪费与低效使用，防止进一步可能出 现的交通网络瘫痪。依据应急疏散状态下城市道路的交通功能特性，剔除次要路段，完成城 市应急疏散干路网络的提取，可以有效减少交通交通冲突数量，提高疏散交通运行效率，对 于城市交通运行状态的检测、城市交通拥堵状态的识别以及预测都有着重要意义。此外，应 急疏散干路网络的提取，还为一些应急疏散交通组织策略的实施提供了平台，有助于进一 步减少疏散需求清理所必需的时间。
技术实现思路
本专利技术旨在于提供一种按照既定要求准确提取城市疏散干路网络的方法，应用的 前提条件是城市应急事件下短时间内爆发的大量疏散需求超过路网承载能力。 本专利技术是，其特征在于对城市 应急疏散网络进行定性分析与定量计算，以获得城市应急疏散干路网络。该方法包括以下 步骤： 步骤1 :通过查阅基础建设资料与实地调查等方式，获得城市道路基础网络拓扑 结构与各路段的交通属性数据，包括路段通行能力路段长度lij; 步骤2 :在获得城市交通网络拓扑结构图之后，对已有城市道路基础网络结构中 交叉口与路段进行网络与交通属性赋值； 步骤2. 1、交叉口编号：将交通网络拓扑结构中左上角的交叉口编号为1，对每一 个已编号节点Μ的未编号相邻节点按照顺时针顺序进行编号，新增编号值为网络已有编号 最大值W加1 ;若已编号节点Μ相邻节点均已编号，则对已编号节点Μ+1进行未编号相邻节 点编号，直至所有节点均被编号； 步骤2. 2、用相邻节点对表示路段，即1 = (a，b);并根据前期基础资料调查收集， 输入每条路段的道路通行能力(^、路段长度L ; 步骤3 :根据城市预设的应急事件等级与既定应急疏散预案，确定应急疏散需求 与疏散起点、疏散终点及其编号，疏散起点编号为" 1#"（用号代替X号），第一位字符" 1" 表示在交通网络中与该编号对应的是疏散起点；字符"#"代表该疏散起点具体编号；疏散 终点编号为"2*"，第一位字符"2"表示在交通网络中与该编号对应的是疏散终点；字符 代表该疏散终点具体编号，并将以上疏散数据（疏散起点，疏散终点及疏散需求）转化为疏 散0D矩阵；并将疏散起点与终点在交通网络拓扑结构图中标出； 步骤4 :增设网络属性与疏散网络的预处理。增设"保留标号"的交通属性并采用 Dijkstra算法寻找各疏散起点至疏散终点的最短路，并将最短路径所包括的路段的"保留 标号"交通属性设置为1，它表征为最短路径所途径的路段不会从网络中剔除；当"保留标 号"交通属性设置为〇时，表征该路段将从网络中剔除；当"保留标号"交通属性设置为空 (缺省设置）时，表征带路段是否删除有待进一步判断。 步骤5 :城市疏散网络提取模型及参数标定。疏散路网过饱和度为是指在不破坏 路段通行能力限制的前提下，给定道路通行能力矩阵在网络交通分配中所要叠加的最小乘 数。 步骤6 :打开MATLAB7. 0的工作区，输入步骤3得到的疏散0D矩阵以及步骤4完 善的路段属性表等城市疏散网络基础数据。 步骤7 :打开MATLAB7. 0的遗传算法工具箱GAT00L，以现有疏散网络数据为基础， 寻找满足最大网络里程限制、道路虚拟通行能力、道路可用性以及网络连通性等约束条件 并使网络过饱和度这一指标最小的疏散干路网络提取方案，即对"保留标号"为缺省状态的 路段进行保留判断，模型目标与各约束条件具体如下（1)至（5)所述： (1)最小网络过饱和度目标：η?ημ = f (Xij, lij, δ U)，式中μ为网络过饱和度；Xij 为路段（i，j)上的交通量；S υ为路段（i，j)的保留变量；L为路段（i，j)的长度。即寻 找网络过饱和度最小的城市疏散干路网络； (2)最大网络里程约束：Σ aL，式中L为原始网络总里程； α为干路网络提取参数。根据国内外研究结果表明，疏散干路网络提取参数α取值使疏散 网络最小割平面不发生改变的95%置信区间为（0. 7, 0. 9)，所以此处疏散干路网络提取参 数α取值为0. 8 ;ΑΚ为网络路段集合；其他参数同前；此约束要求提取的城市疏散干路网络 里程将精简至原网络总里程的80%，不宜过高或过低； (3)道路虚拟通行能力约束：Xij彡μ Cij，VR/NA ?式中Cij为路段（i，j)通行 能力；其他参数同前；此约束表明，提取后的网络路段交通量不大于网络过饱和度与路段 原始通行能力之积； (4)道路可使用性约束彡Κ δ W，/) e .4，式中K为路段-交通量联系变量， 取值K = 100000 ;其他参数同前，此约束表明若路段（i，j)保留在城市疏散干路网络中，此 时δ = 1，则Xij彡κ δ = 100000,即该路段可以进行正常的交通分配；反之δ = 0,则 xij < 0,即该路段不进行交通分配； (5)网络连通性约束：? e F，式中Rpq为疏散起点p至疏散终点q之 间所有路径集合，V为疏散网络中所有起终点集合。该约束条件要求城市疏散干路网络的 提取需要保证疏散起点与终点之间路径不为空集，即保证城市疏散干路网络的连通性。 步骤8 :当网络中所有路段的"保留标号"均已进行了判断且满足步骤7中所有条 件，将含有最新"保留标号"的道路属性信息表以.xls格式输出。并将保留标号为0的路 段从原网络中剔除，最终得到提取后的城市疏散干路网络结构图。 与现有技术相比，本专利技术具有以下优点： 1.本专利技术综合运用定性分析与定量计算对城市疏散干路网络进行提取。现阶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向过饱和控制的城市疏散干路网络提取方法，该方法包括以下步骤：步骤1：通过查阅基础建设资料与实地调查等方式，获得城市道路基础网络拓扑结构与各路段的交通属性数据，包括路段通行能力cij、路段长度lij；步骤2：在获得城市交通网络拓扑结构图之后，对已有城市道路基础网络结构中交叉口与路段进行网络与交通属性赋值；步骤3：根据城市预设的应急事件等级与既定应急疏散预案，确定应急疏散需求与疏散起点、疏散终点及其编号，疏散起点编号为“1#”，第一位字符“1”表示在交通网络中与该编号对应的是疏散起点；字符“#”代表该疏散起点具体编号；疏散终点编号为“2*”，第一位字符“2”表示在交通网络中与该编号对应的是疏散终点；字符“*”代表该疏散终点具体编号，并将以上疏散数据转化为疏散OD矩阵；并将疏散起点与终点在交通网络拓扑结构图中标出；所述疏散数据包括上述疏散起点，疏散终点及疏散需求；步骤4：增设网络属性与疏散网络的预处理；增设“保留标号”的交通属性并采用Dijkstra算法寻找各疏散起点至疏散终点的最短路，并将最短路径所包括的路段的“保留标号”交通属性设置为1，它表征为最短路径所途径的路段不会从网络中剔除；当“保留标号”交通属性设置为0时，表征该路段将从网络中剔除；当“保留标号”交通属性设置为空(缺省设置)时，表征该路段是否删除有待进一步判断；步骤5：城市疏散网络提取模型及参数标定；疏散路网过饱和度为是指在不破坏路段通行能力限制的前提下，给定道路通行能力矩阵在网络交通分配中所要叠加的最小乘数；步骤6：利用MATLAB7.0输入步骤3得到的疏散OD矩阵以及步骤4完善的路段属性表等城市疏散网络基础数据；步骤7：利用MATLAB7.0的遗传算法工具箱GATOOL，以现有疏散网络数据为基础，寻找满足最大网络里程限制、道路虚拟通行能力、道路可用性以及网络连通性等约束条件并使网络过饱和度这一指标最小的疏散干路网络提取方案，即对“保留标号”为缺省状态的路段进行保留判断。步骤8：当网络中所有路段的“保留标号”均已进行了判断且满足步骤7中所有条件，将含有最新“保留标号”的道路属性信息表以.xls格式输出。并将保留标号为0的路段从原网络中剔除，最终得到提取后的城市疏散干路网络结构图。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：任刚，吴建波，华璟怡，姚梦佳，张旻沁，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32